Индустриалните сензори са критичен компонент на фабричната автоматизация и Индустрия 4.0. Сензори за движение, околната среда и вибрации наблюдават изправността на оборудването, включително линейно или ъглово позициониране, отчитане на наклон, нивелиране и откриване на удар или падане. Специализирани промишлени сензори за движение, базирани на компоненти на микро-електро-механична система (MEMS), са подходящи за приложения в Индустрия 4.0, като се отличават с широка честотна лента на механично засичане на честотата, висока надеждност, стабилност на измерването и точна работа до 105 градуса.
Сензори за индустриална автоматизация
Индустриалните сензори са критичен компонент на фабричната автоматизация и Индустрия 4.0. Индустриалните сензорни системи обикновено се захранват от 24V DC, което се различава значително от сензорите в потребителските системи, захранвани от 3V или 5V захранвания. Следователно индустриалните сензорни системи изискват допълнително управление на мощността, за да управляват ефективно сензорите. Те използват цифрови изходи, като IO-Link, който се свързва директно с микроконтролери или дори безжични приемо-предаватели. Аналоговите изходни данни обикновено се обуславят от операционни усилватели и са свързани с аналогови-към-цифрови преобразуватели (ADC) в рамките на микроконтролерите.
1. Екологични сензори
Във фабричните автоматизирани среди сензорите за околната среда, измерващи температура, относителна влажност, налягане и звуков шум, обикновено се захранват от 24 V DC. Тези сензори обикновено използват комуникационния протокол IO-Link за извеждане на данни в цифров формат.
2. Сензори за изображение
Като ядро на системите за машинно зрение, разпознаването на изображения се използва предимно в приложения, които изчисляват физически обекти, изчисляват теглото и обема им и проверяват формата им. Сензорите за изображения с висок динамичен обхват (HDR) предоставят набор от критични функции, включително драйвери за автоматично фокусиране (AF) и алгоритми за коригиране на засенчването на обектива (LSC), за да поддържат дизайна на високо-производителни индустриални сензори за изображения.
3. Сензори за движение и вибрации
Сензорите и откриването на движение и вибрации играят жизненоважна роля в приложенията за автоматизация на заводите, включително линейно или ъглово позициониране, накланяне и нивелиране, наблюдение на състоянието на двигателя и откриване на удар и падане. Обикновено захранвани от 24V DC шина, инерционните сензори обикновено използват комуникационния протокол IO-Link за извеждане на данни в аналогови или цифрови формати.
4. Сензори за близост
Сензорите за близост откриват присъствието или разстоянието на близки обекти без физически контакт. Те могат да бъдат конструирани с помощта на различни принципи, включително капацитивни или индуктивни промени в отговор на метални цели или инфрачервена светлина, или чрез измерване на времето-на-полет (ToF) на фотони в светлинен лъч.
ST предлага набор от MEMS сензори за движение и околната среда, 8-bit STM8 и 32-bit STM32 микроконтролери и обширни решения за свързване (жични или безжични, включително IO-Link), за да помогнат на дизайнерите на сензорни системи да се справят успешно с тези предизвикателства.
Индустриалните сензори за автоматизация се предлагат в различни видове, включително:
1. Температурни сензори
Температурните сензори варират от устройства с положителен температурен коефициент до устройства с отрицателен температурен коефициент и RTD (детектори за температура на съпротивление).
Термисторите с положителен температурен коефициент (PTC) са резистори с положителен температурен коефициент, което означава, че тяхното съпротивление нараства с повишаване на температурата. Те обикновено са направени от силиций, за да осигурят линейни характеристики. За разлика от това, PTC термисторите от превключващ-тип показват нелинейна крива на измерване на температурата. При нагряване на термистора съпротивлението му намалява до достигане на критична температура, след което се увеличава.
Те се използват с релета за наблюдение в намотките на мотора в промишленото оборудване, за да осигурят защита от прегряване срещу повреда на изолацията. Кривата на нелинейната реакция кара съпротивлението да се увеличи рязко при максималната допустима температура на намотката, задействайки релето, за да предотврати прегряване. След това може да бъде свързан към безжична сензорна мрежа.
Термисторите с отрицателен температурен коефициент (NTC) показват намаляващо съпротивление с повишаване на температурата. Те поддържат точност в широк температурен диапазон от 0 градуса до 70 градуса с ±0,1 градуса или ±0,2 градуса толеранс, отличавайки се с отлична дългосрочна -стабилност.
Тези термисторни сондажни модули обикновено се разполагат в IIoT и интелигентни фабрики за диагностика на неизправности. Термисторните сензорни елементи могат да наблюдават различни системи и да свързват безжични сензорни мрежи обратно към облака.
ИС аналогови и цифрови температурни сензори
2. Сензори за близост
Индуктивните сензори за близост откриват близки метали, повишавайки безопасността на интерфейса човек-машина (HMI). Предлага се в 2-жични и 3-проводни DC версии, както и сензори с отделни усилватели за високоскоростна работа.
Сензорите за лазерно определяне на обхвата (lidar) позволяват откриване на обекти в-едноизмерни топологии, като например инфрачервени сензори за движение на конвейерни линии. 2D Сензорите LiDAR функционират като сензори за позиция за идентифициране на местоположенията на компонентите на производствените линии.
Сензори за близост и време-на-полет (ToF).
3. Сензори за вибрации
Сензорите за вибрации използват MEMS акселерометърни елементи или пиезоелектрични кристали за измерване на честотата на вибрациите и настройка на хармониците на наблюдаваните системи. Те предоставят критични данни за диагностика на неизправности, докато акселерометрите служат като сензори за движение за измерване на накланяне, падане и удар. Акселерометри, жироскопи, инерционни измервателни уреди (IMU), електронни компаси
4. Други сензори: налягане, рН, поток, влажност, ултразвукови, PIR, фотоелектрични сензори
Други сензори, използвани в автоматизацията, включват сензори за налягане, сензори за pH за измерване на киселинността на течността и сензори за поток, сензори за влажност и ултразвукови сензори за наблюдение на задвижващи механизми. PIR сензори, фотоелектрични сензори и ротационни енкодери могат да служат като крайни изключватели за измерване на прагове в индустриални системи за автоматизация.
Всички тези IoT сензори се свързват към шлюзове чрез индустриални сензорни мрежи (кабелни или безжични), които след това се свързват с IoT за-анализ в реално време и мониторинг на състоянието. Собствени промишлени сензори на ST.
Индустриални безжични сензори и мрежи
Индустриалните безжични сензорни мрежи използват широк набор от протоколи, от Bluetooth с малък{0}}обхват и Zigbee до Wi-Fi.
За промишлени безжични сензорни мрежи с голям-обхват (IWSN) може да се използва ниско{1}}мощност на под-GHz LoRa безжична комуникация.
Клетъчните модеми представляват-опция с по-висока цена за безжични сензорни мрежи, но предлагат надеждността на телекомуникационните мрежи. Това е важно за по-високите скорости на данни, осигурени от системите за машинно зрение. Като част от IoT видеото може да бъде изпратено обратно в облака за анализ.
Консумацията на енергия е критичен фактор за индустриалните сензорни мрежи, тъй като хиляди сензорни възли и техните безжични приемо-предаватели консумират значителна мощност. Някои протоколи за безжично маршрутизиране по своята същност консумират по-малко енергия, предимно чрез по-ниски работни цикли. Понякога е необходима по-висока мощност при тежко-натоварени приложения за преодоляване на смущенията, гарантирайки надеждно събиране на данни и надеждност на мрежата.